導(dǎo)電聚合物在鋰離子電池中的應(yīng)用

1、導(dǎo)電聚合物在鋰離子電池中的應(yīng)用。導(dǎo)電聚合物在鋰離子電池中的應(yīng)用。王沖王沖2013.3.25contents實(shí)驗(yàn)4導(dǎo)電聚合物的性質(zhì)特征1聚苯胺2聚吡咯3導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電聚合物 導(dǎo)電聚合物(conducting polymer)又稱導(dǎo)電高分子，是指通過(guò)摻雜等手段，能使得電導(dǎo)率在半導(dǎo)體和導(dǎo)體范圍內(nèi)的聚合物。通常指本征導(dǎo)電聚合物(intrinsic condcuting polymer)，這一類聚合物主鏈上含有交替的單鍵和雙鍵，從而形成了大的共軛體系。電子的流動(dòng)產(chǎn)生了導(dǎo)電的可能性。常見(jiàn)的聚合物即電流導(dǎo)通形式常見(jiàn)的聚合物即電流導(dǎo)通形式?jīng)]有經(jīng)過(guò)摻雜處理的導(dǎo)電聚合物電導(dǎo)率很低，屬于絕緣體。其原因在于導(dǎo)電聚合物

2、的能隙很寬（一維半導(dǎo)體的不穩(wěn)定性），室溫下反鍵軌道（空帶）基本沒(méi)有電子。但經(jīng)過(guò)氧化摻雜（使主鏈?zhǔn)ル娮樱┗蜻€原摻雜（使主鏈得到電子），在原來(lái)的能隙中產(chǎn)生新的極化子、雙極化子或孤子能級(jí)， 其電導(dǎo)率能上升到1010000 s/cm2，達(dá)到半導(dǎo)體或?qū)w的電導(dǎo)率范圍。導(dǎo)電聚合物的摻雜效果導(dǎo)電聚合物的摻雜效果導(dǎo)電聚合物在鋰離子電池中的應(yīng)用導(dǎo)電聚合物在鋰離子電池中的應(yīng)用導(dǎo)電高分子聚合物正極材料負(fù)極材料電解液優(yōu)點(diǎn)：（a）加工性好；（b）重量比能量大；（c）電極材料內(nèi)部不會(huì)產(chǎn)生支晶；（d）可以在高分子基體內(nèi)部反應(yīng)。優(yōu)點(diǎn)：（a）制備簡(jiǎn)單可在常溫下進(jìn)行；（b）循環(huán)性能穩(wěn)定可達(dá)上萬(wàn)次；（c）容量不低，可達(dá)580mA

3、h/g（如PAS）；（d）形貌容易控制，可以做出很高的比表面積。優(yōu)點(diǎn)：（a）與電極材料不發(fā)生反應(yīng)；（b）無(wú)自放電；（c）可長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存；（d）物泄露電解質(zhì)問(wèn)題；（e）放電過(guò)程中體積無(wú)變化，會(huì)保證電池安全。聚吡咯合成的氧化過(guò)程：聚吡咯合成的氧化過(guò)程：一種較早發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)電高分子聚合物，也是研究較為全面的導(dǎo)電高分子聚合物。需要進(jìn)行摻雜的導(dǎo)電聚合物，根據(jù)摻雜的離子不同，其表現(xiàn)出的電化學(xué)性能也不同。它具有非常好的離子交換特性。即進(jìn)行離子摻雜后，聚吡咯具有良好的導(dǎo)電性并具有完全可逆的摻雜和脫摻雜過(guò)程，離子可以在膜內(nèi)自由傳輸，是非常理想的電極材料。聚吡咯的合成過(guò)程是將吡咯單體氧化，使其聚合在一起的過(guò)程：首先吡咯

4、單體失去一個(gè)電子被氧化：然后兩個(gè)自由基發(fā)生加成型耦合：然后繼續(xù)被氧化成自由基：自由基繼續(xù)鏈?zhǔn)今詈戏磻?yīng)生成長(zhǎng)鏈的聚吡咯：聚吡咯的摻雜聚吡咯的摻雜純的聚吡咯導(dǎo)電性非常差，主要是因?yàn)閷?dǎo)電聚合物的能帶間隙非常大。而通過(guò)P型摻雜多空穴，N型摻雜多電子或者離子摻雜來(lái)提高聚合物的導(dǎo)電性。但是不同的離子摻雜會(huì)帶來(lái)聚吡咯導(dǎo)電聚合物形態(tài)和性能的極大變化。 一般情況下的兩種摻雜機(jī)理有：（1）加入正離子的質(zhì)子酸摻雜方式。（2）氧化還原摻雜方式。氧化荒原摻雜質(zhì)子酸摻雜 一般的摻雜方式有：（1）酸摻雜：能夠提高聚吡咯的導(dǎo)電性能，同時(shí)能合成一些具有簡(jiǎn)單圍觀形貌的聚吡咯，如顆粒、纖維狀和聚吡咯膜。常見(jiàn)的摻雜劑有：鹽酸，苯磺酸

5、，十二烷基苯磺酸等。（2）表面活性劑摻雜：表面活性劑具有特殊的份子結(jié)構(gòu)和工作機(jī)理，以其作為摻雜劑引入到聚吡咯的合成過(guò)程中能夠限制吡咯的三維生長(zhǎng)，得到一些力具有特殊微形貌的聚吡咯。常見(jiàn)的摻雜劑有十二烷基苯磺酸鈉，聚乙烯吡咯烷酮，十二烷基硫酸鈉等。如十六烷基三甲基溴化銨的警惕懸浮液中以過(guò)硫酸銨為氧化劑合成了具有螺旋狀和換裝的聚吡咯微結(jié)構(gòu)。螺旋狀環(huán)狀聚吡咯作為電極材料聚吡咯作為電極材料作為電極材料，聚吡咯有加工方便，有質(zhì)輕，高比能量的特點(diǎn)，尤其是其較高的導(dǎo)電性，較高的穩(wěn)定性，外力適應(yīng)力，用來(lái)包覆電極材料能很明顯的提高電極材料的活性和循環(huán)能力?，F(xiàn)階段聚吡咯在電池中的應(yīng)用有：（1）將聚吡咯包覆在琉顆粒上

6、做成的復(fù)合電極材料能表現(xiàn)出在上百次循環(huán)后仍然有1000mAh/g的性能。 （2）將聚吡咯包覆在正極材料如磷酸鐵理，鈷酸鋰，錳酸鋰上，都能很明顯的提高電極材料的循環(huán)性能和活力。 （3）將聚吡咯包覆在硅顆粒上，提高了Si材料的導(dǎo)電性，減小了顆粒間阻抗，有效地抑制了Si在循環(huán)中的體積效應(yīng)。 （4）包覆在C材料表面以減少C材料在首圈充放電所產(chǎn)生的不可逆容量。聚苯胺聚苯胺與其它的聚合物相比，聚苯胺是一種結(jié)構(gòu)更加多樣化和擁有特殊的參雜機(jī)制的導(dǎo)電聚合物:(1)首先對(duì)于不同的氧化還原態(tài)的聚苯胺，擁有著不同的結(jié)構(gòu)，其顏色和導(dǎo)電率也不同。(2)其次在參雜過(guò)程中，聚苯胺是通過(guò)質(zhì)子酸來(lái)進(jìn)行參雜而導(dǎo)電的，其聚苯胺鏈上的電子數(shù)目沒(méi)有變化，擁有較高的穩(wěn)定性。聚苯胺在鋰電中的應(yīng)用聚苯胺在鋰電中的應(yīng)用聚苯胺是一種高分子合成材料，具有塑料的密度，又有金屬的導(dǎo)電性和塑料的可加工型，還具備金屬和塑料所欠缺的化學(xué)和電化學(xué)性能，是一種理想的鋰離子電池加工材料。而且由于其具有摻雜和托摻雜的特性，因此可以用作充放電的二次電池和電極材料。（1）如包覆在碳材料上和各種金屬氧化物上可以很好的提高材料的電化學(xué)性能。如包覆在碳納米片上制備的復(fù)合材料能表現(xiàn)出較好的循環(huán)性能。獨(dú)特的形貌結(jié)構(gòu)包覆前后的電化學(xué)性能對(duì)比（2）如結(jié)合碳材料和金屬氧化物制備的復(fù)合負(fù)極材料能表現(xiàn)出較好的鋰電性能。（